三维计测方法以及三维计测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种三维计测方法以及三维计测装置。通过本发明专利技术，能够简单地实施将各照相机设定为对应于计测目的的状态、或者确认是否设定成这样的设定的处理。结束了用于三维计测的标定之后，接受对想要计测的高度范围的指定，并对每个来自各照相机的图像（Ａ０、Ａ１），利用与上述所指定的范围对应的单应矩阵，来提取位于所指定的高度范围内的点中包含在双方的照相机的视场内的点出现的范围。进而，将提取过的范围作为可计测范围而着色显示在图像（Ａ０、Ａ１）上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用由多台照相机所生成的图像来对上述照相机的视场重合的范围执行三维计测处理的方法、以及用于执行该方法的三维计测装置。
技术介绍
在基于双目视觉原理的三维计测处理中，由两台以上的照相机从不同方向拍摄计测对象物，并在所生成的图像之间对表示同样图像的特征点的彼此建立对应关系。然后，将从各图像提取的特征点的坐标代入到基于三角计测原理的计算式中，从而计算出三维坐标(参照专利文献1)。专利文献1JP特开2002-99902公报要进行如上述专利文献1所示的计测处理，则计测对象的各点必须得包含在所有照相机的视场内。因此，为确保三维计测的精度，必须基于计测对象物所包含的范围和计测对象物可能会采用的高度范围来调整各照相机的位置关系。但是，判别各照相机的视场重合的范围或高度非常困难。特别是，当由缺乏关于三维计测的专业知识的用户使用装置时，不知道怎样调整照相机才可变成适于计测的状态，而以尝试法进行调整，因而当进行调整操作时有可能花费极大的劳力和时间。
技术实现思路
本专利技术是着眼于上述问题而提出的，其目的在于能够简单地执行将各照相机设定为对应于计测目的的状态、或者确认是否设定成这样的设定的处理。在假设通过多台照相机来拍摄位于规定的高度位置的平面的情况下，在所生成的图像之间相对应的像素的坐标关系是通过利用被称为单应矩阵的矩阵的式子来表示(参照下述非专利文献1)。非专利文献1见市伸裕，和田俊和，松山隆司“关于投影机及照相机系统的标定(Calibration)的研究”，“平成17年6月1日检索”，网址<URLhttp//vision.kuee.kyoto-u.ac.jp/Research/Thesis_PDF/Miichi_2002_P_147.pdf> 因此，若弄清楚照相机之间的照相机坐标系的关系(原点之间的距离、坐标轴的旋转错位等)，则当位于空间内的规定的高度位置的一点成像在一台照相机的拍摄面上时，通过将该成像位置的坐标代入到利用对应于上述点的高度的单应矩阵的关系式中，而能够将上述坐标变换为其他照相机的拍摄面上的坐标。若该变换后的坐标包含在照相机的实际拍摄面的范围内，则能够认为上述空间内的一点为被包含在所有照相机的视场的点、且为能够进行三维计测的点。在这里，为了使说明变得简单，照相机采用A、B两台，并将具有特定的高度、且面积无限大的假设平面作为计测对象。这时，对任意的照相机都能够认为分别位于上述假设平面上的任意的位置的点成像在构成其拍摄面的所有像素上。因此，当对于构成一方照相机A的图像的全部像素，分别利用对应于上述假设平面的高度的单应矩阵来求出照相机B侧图像的对应点的坐标时，能够认为在这些坐标中，包含在照相机B的实际图像的范围内的坐标，与共同包含在照相机A、B的视场的点相对应。换而言之，可以认为上述对应点的坐标的集合表示能够计算出上述假设平面上的三维坐标的范围。以下，将在该图像上的、能够进行三维计测的范围称为“可计测范围”。此外，由于照相机的拍摄面为长方形形状，所以，即使没有如上述所述那样对于图像中的全部像素求出对应点，也能够对位于图像的各顶点的四个点求出对应点的坐标，并将连结这些对应点的矩形区域作为上述可计测范围。进而，对于照相机A的拍摄面，也同样地提取与照相机B的全部像素对应的区域，并将其作为可计测范围。还有，当上述假设平面的高度以规定的范围变化时，对应于该高度变化的单应矩阵也变化，从而可计测范围也发生变化。这时，为了确实地计测位于高度变化的幅度内的点，有必要将包含与该高度范围中的各高度对应的所有可计测范围的范围、即所有可计测范围重合的范围限定为计测对象。本专利技术是基于上述研究而提出的，是一种这样的专利技术，即，在利用由多台照相机所生成的图像来对上述各照相机的视场重合的范围执行三维计测处理的方法以及装置中，使用户能够简单地判别可计测范围(计测对象物的支承面上的范围、或者高度范围)。此外，在该说明书中，计测对象物的“支承面”并不仅限于水平面，还包括面的方向朝向水平以外的方向的面。还有，对于“高度”，也能够换个说法为“从支承面的距离”。首先，在本专利技术的第一三维计测方法中，执行以下步骤第一步骤，针对应计测的高度范围接受指定；第二步骤，针对至少一台照相机，利用各照相机之间的照相机坐标系的关系，提取出由该照相机生成的图像内的点中的、即使位于在上述第一步骤中被指定的高度的任意范围内也包含在所有照相机的视场内的点出现在图像上的范围。在上述内容中，在第一步骤能够使用户对高度的上限值以及下限值指定任意的值。在第二步骤，通过前面所说明过的方法，对每个来自各照相机的图像，能够求出涉及上述高度范围的上限值以及下限值的可计测范围，并将这些范围重合的部分作为位于上述高度范围内、且包含在所有照相机的视场内的点出现的范围(与上述高度范围对应的可计测范围)。在本专利技术优选的一实施方式中，进一步执行第三步骤，该第三步骤将由上述第二步骤的处理对象的照相机生成的图像与在上述第二步骤中提取的范围一起显示。在第三步骤，例如，能够显示在由上述第二步骤的处理对象的照相机生成的图像上再加上在第二步骤中提取的范围的轮廓线的图像。或者，也可以将上述范围内的图像以规定的色彩进行着色等，从而显示在范围内外的显示方式不同的图像。还有，也可以仅显示包含在上述范围内的图像。根据上述的方法，可通过指定用户想要计测的高度范围，对至少一台照相机，显示表示该照相机的视场和可计测范围的关系的图像，因此用户能够轻易地判别能够计测所指定范围内的高度的范围，从而能够判断各照相机是否设定成适于计测目的的设定。在本专利技术的优选的一实施方式中，上述第一步骤还针对计测对象物的支承面上的计测对象范围也接受指定，执行以下步骤第四步骤，针对上述第二步骤的处理对象的照相机，判别其图像上的上述计测对象范围是否包含在上述第二步骤中所提取的范围内；第五步骤，输出上述第四步骤的判别结果。在第一步骤中，根据计测对象物的大小或者计测对象物可能会取的位置，能够指定任意的计测对象范围。如后所述，该指定最好是在来自任意一台照相机的图像的显示画面上进行，但是也不仅限于此。例如，在对象物的支承面上标出计测对象范围的轮廓线，并将其由在多台照相机中的至少一台来拍摄，然后从所生成的图像中提取上述轮廓线，从而能够判别计测对象范围。或者，通过代入计测对象范围的各顶点的具体三维坐标的方法，也能够指定计测对象范围。在上述的实施方式中，若用户同时指定高度范围和计测对象范围，则通过第二步骤以与上述第一方法同样的原理可提取与高度范围对应的可计测范围。进而，在第四步骤中，判别上述所指定的计测对象范围是否包含在可计测范围内。在第五步骤中，能够将该判别结果与来自照相机的图像一起显示。还有，在计测对象范围超出可计测范围的情况下，即使是在该计测对象范围内被指定的高度范围内的对象物，也有可能无法计测该高度，因此最好输出向用户报知范围指定不适当的信息，例如显示警告信息、或者发出警告音等。在本专利技术的优选的一实施方式中，进一步执行第六步骤，该第六步骤显示来自上述第二步骤的处理对象的照相机的图像的同时，在其显示画面上与在上述第二步骤中提取的范围对应的区域中接受计测对象范围的指定。在上述实施方式中，用户指定了要计测的高度范围之后，在来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维计测方法，利用由多台照相机生成的图像，对上述各照相机的视场重合的范围执行三维计测处理，其特征在于，执行以下步骤：第一步骤，针对应计测的高度范围接受指定；第二步骤，针对至少一台照相机，利用各照相机之间的照相机坐标系的关 系，提取出由该照相机生成的图像内的点中的、即使位于在上述第一步骤中被指定的高度的任意范围内也包含在所有照相机的视场内的点出现在图像上的范围。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：藤枝紫朗，池田泰之，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]